＂海洋金屬＂鈦合金為何非常適合潛艇
發布時間：2023-02-20
"海洋金屬"鈦合金為何非常適合潛艇
鈦及鈦合金是20世紀50年代發展起來的新型材料。隨著海軍裝備的發展，對于海軍裝備的要求也越來越高，而傳統的鋼、鐵、鋁、鎂等金屬及其合金在很多領域已經不能滿足要求。鈦合金以其優異的性能，正日益受到船舶及海洋工程裝備的關注，被稱為“海洋金屬”。潛艇作為“海軍裝備”的核心，是戰略核力量的中堅，具有舉足輕重的作用。用鈦合金制造潛艇，能否給潛艇帶來性能上的新突破？今天筆者就來簡要分析鈦合金應用于潛艇的優越性。
第一個優越性——比強度高
比強度是指材料強度與密度的比值。比強度越大，以相同強度設計就能獲得更小的結構重量，反之相同結構質量下就能獲得更高的強度。高的比強度可以使設備設計更加緊湊，大幅減小結構質量，同時提高裝備的安全性。
比強度高對耐壓殼體的影響
當潛艇結構已定時，潛艇的極限下潛深度與殼體材料的屈服強度和殼體厚度的乘積成正比。用加厚壓力殼的辦法增加下潛深度，會減少潛艇的有效載重量，若保持其有效載重量，則會使潛艇尺寸增大到實際不能使用的程度，從而降低潛艇的綜合性能。因此，必須考慮使用更高比強度的材料。
從上表幾種深潛艇耐壓殼體材料的性能數據可以看出，鈦合金的屈服強度雖然不如高強度鋼，但是因為密度更小，因此比強度高，是幾種目前可用于潛艇殼體的材料中性能最好的，所以鈦合金用作潛艇和深潛器耐壓殼體材料是非常有利的。實際中，俄羅斯的2條鈦合金潛艇的下潛深度能達到800～1000米；而世界絕大多數的深潛器的耐壓殼都是鈦合金的。
比強度高對推進器的的影響
現代的潛艇，為了追求靜音性能，多采用大直徑的低轉速七葉大傾斜螺旋槳，這螺旋槳結構較大，重量較大。而潛艇的螺旋槳軸本身是一種懸臂梁形式，當自由端的重量較大，會引起螺旋槳軸彎曲，艉軸承負荷大。此外，當傳動軸自身重量較大時，會加劇軸系的彎曲。而采用比強度高的材料制造傳動軸和螺旋槳，能減少因軸承擾曲引起的軸承負荷不均勻，以及因此引起的軸系震動問題。
第二個優越性——耐蝕性能優異
鈦在中性和氧化性環境及眾多惡劣環境中比其他常用金屬材料耐腐蝕性高，特別是對海水中氯離子具有很強的抗腐蝕能力。鈦的表面可形成一層非常薄且堅固的氧化膜，使鈦鈍化而不受海水腐蝕。鈦的鈍化膜具有很好的自愈性，當受到破壞或劃傷后可以迅速自動修復，形成新的保護膜。正是這層氧化膜保護鈦不受海水侵蝕，在無化學變化和污染的情況下，鈦可以完全抵抗自然海水的腐蝕。
海水對船舶的腐蝕
耐蝕性能優異對于管道和閥門影響
海水對于船體有很強的腐蝕性，不過隨著防腐技術的發展，艦船的船體通過采用耐腐蝕的鋼材、防腐油漆、電化學防腐等手段，能保證艦體在壽期內的安全。但是潛艇的管路系統非常復雜，容易工藝處理不到位，且管道內有較高的流速加劇腐蝕。據相關試驗，錫青銅閥和70/30銅鎳合金管，在4.5m/s水速下，使用15個月，閥和管皆穿孔；而全鈦管系在6m/s的水速下使用36個月，無任何可見的變化。這意味著，鈦及鈦合金材料用于潛艇海水管系和閥門可減小管徑和提高水速，延長使用壽命。
潛艇內部復雜的管路
第三個優越性——透聲性能好
聲納是潛艇的“眼睛”，而了保護聲納，聲納會被置于罩殼里。鈦合金比強度高、熱膨脹系數小、電阻高、透聲性能好等特點使其在潛艇聲學裝置上獲得了應用。如前蘇聯607A型飛航導彈核潛艇的聲納導流罩就采用了鈦合金；而我國購入的“明斯克”、“基輔”號航母等，它們的聲納導流罩也都是采用鈦合金制造的。通過這些實際使用情況來看，鈦合金的透聲性能優于玻璃鋼和不銹鋼，能有效保障聲納的性能。
總體而言，鈦及鈦合金在潛艇上的大量使用，可以大幅降低潛艇的結構重量，實現高機動性，保障潛艇的高可靠性和安全；耐腐蝕性能實現同壽命服役，降低潛艇的維護時間和成本，保障裝備戰斗力，以及提高其它一些技術性能。因此，鈦合金是保障潛艇裝備性能和戰術水平的理想材料，對于發展海軍潛艇具有重要的戰略意義。
來源：搜鈦網
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